4.3GSM频率复用技术解析

紧密复用
宽松复用
0
10
20
30
经济，但干扰大， 需相关措施支持
干扰小，但不经济
图4-14 频率复用度示意图
在GSM系统中，最基本的频率复用方式为频 率复用方式，“4”表示4个基站，“3”表示每基站 3个小区，即将一个蜂窝等分成三个小区，使用3 组不同频率。这12个扇形小区为一个频率复用簇， 同一簇中频率不能被复用。这种频率复用方式由 于同频复用距离大，能够比较可靠地满足GSM体 制对同频干扰和邻频干扰的指标要求。使GSM网 络运行质量好，安全性好。频率复用方式下，它 的频率复用度为12，如图4-15所示。
4.3 频率复用技术


频率复用原理 常规频率复用技术 紧密频率复用技术 蜂窝系统的扩容
4.3.1 频率复用原理
蜂窝通信网络把整个服务区域划分为若干个较小的区域（Cell， 在蜂窝系统中称为小区），各小区均用小功率的发射机（即基站发 射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一样能布满（即覆盖）任意形状 的服务地区。 蜂窝系统的基本原理是频率复用。通常，相邻小区不允许使用 相同的频道，否则会发生相互干扰（称同道干扰），但由于各小区 在通信时所使用的功率较小，因而任意两个小区只要相互之间的空 间距离大于某一数值，即使使用相同的频道，也不会产生显著的同 道干扰（保证信干比高于某一门限）。为此，把若干相邻的小区按 一定数目划分成区群，并把可供使用的无线频道分成若干个（等于 区群中的小区数）频率组，区群内小区均使用不同的频率组，而任 意小区使用的频率组，在其它区群相应的小区中还可以再用，这就 是频率复用，如图4-13所示。频率复用是蜂窝通信网络家解决用户 增多而被有限频谱制约的重大突破。
MRP (Multiple Reuse Pattern)即多重复用技术，其实质是将载 波分层，各层采用不同的复用模式，以达到扩容的目的。多重复用 就是把所有频带分为几部分,每部分采用不同的频率复用系数,就是 说同一网络采用不同的频率复用方式。例如共有37 个信道,其中控 制信道载频以12扇区为一复用群,业务信道载频分别以9 、6 、4扇 区为复用群。在多重复用方式中,同一小区的业务载频的复用度之 所以能一个比一个高,是因为采用跳频技术,通过跳频将不同载频干 扰进行了平均,主要保证平均干扰情况符合要求,就能满足通话要求。 MRP技术可根据容量需求及话务量分布情况灵活进行频率规划， 可逐步提高网络容量，比仅使用3x3复用方式网络容量高，与 2x3,1x3相比对网络质量影响小，采用的技术如跳频、功率控制， 不连续发射(DTX)是较成熟的技术，在设备及软件上无其它特殊要 求，只要进行仔细的网络规划和优化，能满足网络安全可靠运行。 容量提高较高，较大地提高了频率利用率，频道配置灵活，不同的 频率复用方式可根据容量需求逐步引入，还可根据话务量分布情况， 仅在话务量高的地方增加载频。
七小区群 F E
G
A

D

B
C
G
F

G A

B

E B
D 小区8
相同字母小区使 用相同频率组
小区1
图4-13 蜂窝系统频率复用示意图
一般说，小区越小（频率组不变），单位面积可容纳的用户越多， 即系统的频率复用率越高。由此可以设想，当用户数增多并达到小区所 能服务的最大限度时，如果把这些小区分割成更小的蜂窝状区域，并相 应减小新小区的发射功率和采用相同的频率再用模式，那么分裂后的新 小区能支持和原小区同样数量的用户，也就提高了系统单位面积可服务 的面积数。而且，当新小区所支持的用户数又达到饱和时，还可以将这 些小区进一步分裂，以适应持续增长的业务需求。这种过程称为小区分 裂，是蜂窝通信系统在运行过程中为适应业务需求的增长而逐步提高其 容量的独特方式。但是不能说，无限制地减小小区面积可以无限度地增 加用户数量，因为小区半径减小到原小区半径的1/10时，可容纳的用户 数可增加100倍，而小区数也需要增加100倍，一般小区基站的建立费 用是昂贵的，特别在城市区域中，占用房地产的费用非常高，这是不能 不考虑的实际问题（另外还有其它的限制）。此外，区群中的小区数越 少，系统所划分的频率组数就越少，每个频率组所含的频道数就越多， 因而每个小区能使用的频道数就越多，可同时服务的用户数也增多，然 而频率复用距离是和区群所含的小区数有关的，区群所含的小区数越少， 频率复用距离越短，相邻区群中使用相邻频道的小区的同道干扰就越强。 因为频率复用距离必须足够大，才能保证这种同道干扰低于某个预定的 门限值，这也就限制了区群中所含小区数目不能小于某种值。
D2
D1
B2 B1


D3
A1

A2
C2 C1

C3 A1

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A2
C2 C1

C3 D1

A3
D2
B2
B1

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B1

B2 B3
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C1
C2

D3 C1
C2

A2
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A3
C3 D1

D3
图4பைடு நூலகம்15 4*3频率复用方式
4.3.3 紧密频率复用技术
随着无线服务需求的提高，分配给每个小区的信道 数最终变得不足以支持所要达到的用户数。从这一点来 看，需要一些蜂窝设计技术来给单位覆盖区域提供更多 的信道。在实际应用中小区分裂（splitting）、裂向 （sectoring）和覆盖区分区域（coverage zone）的方 法是增大蜂窝系统容量的有效方法。另外在现有的频谱 资源下，采用紧密频率复用技术提高网络容量是最经济、 最快捷的手段，因此也是最受移动运营商欢迎的手段。 比较典型的频率紧密复用技术主要有: 3x3, 2x6, 2x3, MRP, 1x3, 1x1复用技术以及同心圆 技术。
4.3.2 常规频率复用技术
频谱利用效率可以用频率复用度来表征，它反映了 频率复用的紧密程度。 频率复用度越小，其频率复用越 紧密，频率的利用率越高。但随着频率复用紧密程度的 增加，带来干扰增大，需要相关抗干扰技术的支持。频 率复用度越大，其频谱利用率越小，但容易获得较高的 网络话音质量，如图4-14所示。 在GSM系统中，最基本的频率复用方式为频率复用 方式，“4”表示4个基站，“3”表示每基站3个小区，即 将一个蜂窝中等分成三份，使用3种不同频率。这12个 扇形小区为一个频率复用簇，同一簇中频率不能被复用。 这种频率复用方式由于同频复用距离大，能够比较可靠 地满足GSM体制对同频干扰和邻频干扰的指标要求。使 GSM网络运行质量好，安全性好。频率复用方式下，它 的频率复用度为12。